Американські інженери оголосили про створення ядерного реактора потужністю 333 кіловата і розміром з піаніно, пристосованого для роботи в умовах Марса і здатного забезпечувати базу середніх розмірів енергією і теплом протягом 15 років.
В останні роки вчені та інженери НАСА та інших космічних агентств світу активно обговорюють плани з будівництва постійних жилих баз на поверхні Місяця і Марса. Головним ключем до забезпечення їх автономності і здешевлення будівництва фахівці НАСА вважають технології тривимірного друку, що дозволяють використовувати воду та місцеві ресурси – ґрунт, гірські породи та гази з атмосфери – для споруди будівель бази прямо на місці.
Подібні принтери, як показують досліди на борту МКС і на Землі, дозволяють надрукувати майже все необхідне для життя колоністів на Марсі, за винятком однієї, найголовнішої речі на базі – джерела живлення, чия потужність була б достатньою для забезпечення роботи самого 3D-принтера, а також живлення та обігріву всієї бази.
Аканша Кумар (Akansha Kumar) з колегами з Національної лабораторії Айдахо (INL) в Айдахо-Фоллс (США) вже більше п’яти років працюють над створенням компактних ядерних реакторів, які можна було б відправити на орбіту і посадити на поверхню Місяця або Марса. Приміром, у 2011 році вчені з лабораторії розповіли про створення своєрідної “ядерної валізи”, компактного реактора потужністю 40 кіловат, чия довжина складає всього 30 сантиметрів, а ширина – близько 15 сантиметрів.
У своїй новій роботі Кумар і його колеги підвищили потужність реактора на порядок, помітно змінивши його конструкцію і пристосувавши для роботи на поверхні Марса. В якості ядерного палива застосовується спеціальний сплав низькозбагаченого урану та кераміки, що містить 15% урану-235, упакованого особливим чином в спеціальну оболонку з карбіду цирконію і вольфраму.
В якості охолоджуючої рідини використовується незвичайний для Землі матеріал – надохолодженний вуглекислий газ, який можна безпосередньо добувати з атмосфери Марса, що складається на 99% з цієї речовини. Так як температури повітря на Марсі дуже низькі в порівнянні з Землею, подібна процедура не потребує багато енергії.
Новий реактор, за словами вчених, буде виробляти приблизно 1,6 мегават теплової енергії, близько 20% якої буде конвертуватися в електрику, а решта виділятися в навколишнє простір.
Для того, щоб реактор безперервно працював протягом 15 років, інженери INL вставили між шарами ядерного палива спеціальні “матраци” з діоксиду урану-238. Він опромінюється нейтронами, що виникають в ході розпаду урану-235, і перетворюється на плутоній-239. Цей плутоній взаємодіє з нейтронами і поступово розпадається, підтримуючи потужність реактора на номінальному рівні по мірі вигоряння урану-235.
Як і попередна “ядерна валіза” INL, новий реактор буде володіти вельми скромними габаритами: розміри його активної зони складають всього 80 на 134 сантиметри, що дозволить вмістити весь пристрій в корпус розміром з піаніно або навіть менші габарити.
Безпека роботи цього “ядерного піаніно” забезпечується тим, що його ключова частина – гідрид цирконію, сповільнювач нейтронів, що дозволяє атомам урану-235 взаємодіяти з ним – не витримує нагрівання до високих температур. Відповідно, якщо реактор вийде з ладу, гідрид цирконію розжариться до критичної позначки, розпадеться на цирконій і водень, після чого розпад урану природним чином припиниться.
Автори статті вважають, що їх ядерний реактор може стати одним з найдешевших і універсальних джерел живлення, здатних забезпечити енергією марсіанські бази і космічні кораблі протягом десятиліть без заміни палива, і протягом ще більшого часу — при його відновленні.